反物质是相对论下的蛋——揭开反物质的面纱

在许多人眼里，科学发现是一个不断创新和打破传统观念的过程。只有推翻旧理论，我们才能创造新理论。例如，世界上反动的学术权威普遍认为公羊不能下蛋，母鸡不能产奶。我们不相信邪恶，大胆地提出了公羊能下蛋、母鸡也能产奶的伟大假设，彻底推翻了束缚人们几万年的旧理论，为科学的快速发展指明了方向。

上述发现不是科学，而是幻觉。

那么，真正的科学发现，尤其是那些不可思议的发现，是如何形成的呢？例如，反物质或其他东西是最神奇的东西。当它遇到物质时，它会湮灭并变成高能辐射。这难道不是科学家在推翻传统材料理论后发现的吗？如果物质可以被逆转，还会有反能量、反空间、反时间、反宇宙吗？如果要澄清这个问题，必须从相对论开始。

然而，说到相对论，每个人都太熟悉了。光速不变，时钟慢，孪生佯谬和未知的隧道地址是科学界写的300首唐诗，这使人们“即使不会写诗也要唱歌”。此外，相对论的另一个主要贡献是发现了质量和能量守恒定律:

有了它，人们可以明白一切都是靠太阳生长的，太阳是靠广场照耀的。有了它，人们知道如何使用核能。1928年，狄拉克也正是在这种情况下发现了自然界中的反物质。

从1927年到1928年，英国物理学家狄拉克受到薛定谔方程的启发，也计划将这个能量公式应用到量子力学中，看看他能得到什么。这个想法极难实现，因为能量和动量是量子力学中的一堆微分算子。我们如何让运营商打开他们的根？狄拉克天才地打开了微分算子的根，得到了相对论量子力学方程(或场方程)，是狄拉克方程。在狄拉克之前，一定有人想过用这种方式尝试，但光说是没有用的。只有想法不能算作科学发现。只有证据表明人们从未发现和支持他们自己的想法，或可以验证的结论，如方程，方程的解，现象的预测等。，可以算作科学发现。

狄拉克方程是一项伟大的科学发现。就像相对论能量方程一样，狄拉克方程也有正负能量解。那么，负面能量解决方案能像“屠龙”一样毫无意义吗？有些人可能会这么认为，但天才狄拉克有更奇妙的想法。[在其中是奥本海默和威尔的贡献]

如果真空被认为是一个充满负能量态电子的海洋，如果一个占据负能量态e的电子此时跳出海洋，那么海洋中就会少一个带负电荷e的负能量电子，多一个负能量空穴。如果我们反过来看，负的少一个等于正的多一个，这相当于真空海洋中带正电荷e和能量e的多一个反粒子。

结果，狄拉克方程做出了一个可验证的预测:自然界中存在电子反物质，其质量与电子相同，电荷与电子相反。1932年，美国物理学家卡尔·安德森在研究宇宙射线时发现了正电子的存在。因此，狄拉克和薛定谔分享了1933年诺贝尔物理学奖，安德森和他的合作者分享了1936年诺贝尔物理学奖。

云室中的正电子“轨迹”

随着量子场论的发展，人们从实验中发现了与各种基本粒子相对应的反物质——每一种都是一些已知基本粒子的“镜像”。除了相同的质量之外，其他的量子性质完全相反(一些粒子的反粒子本身)，所有这些都不是相对论量子场论方程所预测的。由于其局限性，“电子海”的物理解释逐渐不被人们所用，“负能量”的疑问可以用更完整的量子场论自洽地解释，这一点我们暂时还没有展示出来。

可以看出，根据相对论，反物质是一个鸡蛋。没有相对论，就没有相对论的狄拉克方程，也没有反物质的预测。除了相对论预言的其他现象已经被证实之外，量子场论预言的基本粒子，包括相应的反粒子，也已经被一一发现。最值得一提的是，在场论标准模型中，用不同方法对精细结构常数进行的实验测量之间的差异不到一亿，这意味着相对论已经下了一个极其成功的蛋。目前，有人声称用101种方法推导相对论是错误的。我认为使用一亿种方法是没有用的。一只公羊是否会下蛋或者一只母鸡是否会产奶取决于实验。实验是检验理论的唯一标准。在物理学中，一个人不仅会说话和愚弄，还会用大脑进行计算。我们不仅应该用大脑做计算，还应该做实验。此外，唱得好画得好也是扯淡。

没有反物质，相对论是不可能的！

相对论一直在努力创造一个鸡蛋。这个蛋能孵化相对论吗？答案是肯定的！

在相对论量子力学或更完整的量子场论中，有一点必须弄清楚:这个理论中有超光速现象吗？我们知道量子力学中有许多神奇的现象，如上帝的骰子、量子纠缠、隧道效应等。如果不可能再获得超光速，相对论会被毁灭吗？经过计算，物理学家发现其实没那么简单。

在量子场论中，粒子没有固定的轨道，它只能从一个位置“跳跃”到另一个位置。根据相对论，阳光到达地球需要八分钟。如果一个粒子是由太阳产生的，它在八分钟内“过渡”到地球的概率应该是0，或者它对地球的任何影响应该是0。如果不考虑反物质，物理学家的计算结果是，尽管影响很小，但它不是零，因此违反了相对论。然而，考虑到量子场中既有物质又有反物质，而且物质粒子和反物质粒子的类型是一一对应的，那么由这两者引起的“超光速”效应就正好抵消了，最终的结果将支持相对论。因此，相对论下的蛋最终孵化了相对论。完全自我一致。

然后有人可能会问，为什么量子场论必须支持相对论？我们不能互相交谈，找到每个母亲吗？除了量子场论来自相对论的自洽问题之外，它还涉及物理基本定律和涌现现象之间的关系。例如，《黑客帝国》中的近地天体可以在黑客帝国建造的世界里的云层中飞行，但从黑客帝国出来后就不能飞行了。这是因为矩阵世界是基于计算机0和1的逻辑运算。生成的世界可以通过由0和1组成的程序来构建，但是计算机和Neo本身受到物理基本定律的限制。

同样，我们的宏观世界是由基本粒子组成的，许多宏观现象，如颜色、硬度、强度、思想、情感和生死，都是由基本粒子的相互作用产生的[这里的产生不同于矩阵的虚拟世界]，不一定是物理的基本定律。与经典物理相比，描述微观世界的量子物理定律更为基本。人们已经发现了反物质，并可以构建自洽的相对论量子场论，这表明至少在现阶段，相对论不仅可以描述宏观世界，而且可以描述基本量子世界。相对论是一种自洽的物理学基础理论。

回到开始的问题，如果物质可以被逆转，是否也会有反能量、反空间、反时间和反宇宙？根据奥卡姆剃刀原理，答案是否定的，因为相对论方程没有这样的解。有些人会反对暗物质和暗能量不是相对论方程的解。宇宙学观察也支持它们的存在吗？事实上，目前的物理理论无法解释暗物质和暗能量的存在。因此，为了解释观察到的现象，我们必须修正现有的物理理论，其中可能包括相对论。

然而，修改就是修改。在一定条件下，它必须回到相对论——正如在一定的近似条件下，狄拉克方程可以回到薛定谔方程，狭义相对论可以回到经典力学，广义相对论也可以回到牛顿引力。例如，当谈到黑洞蒸发造成的信息损失时，弦理论学家保钦斯基说，“因此，量子引力是全息的，它的*是非局域的，并且(经典引力)时空局域性是推导出来的。”时空位置可以被狭义地理解为信号不能超过光速，这正是他所说的。

简而言之，公羊不能下蛋，母鸡不能产奶，相对论不能被推翻，科学不是胡说八道。科学发现需要创新思维和打破传统观念。这确实是我们做得不够的一个领域。然而，并不是每一个打破传统的行为都是创新。作为成年人，我们必须首先找出整个故事，哪些是假设，哪些是事实，而不是编造故事，说鹿坐在一旁看天空找马。如果我们回顾一下每一项科学进步，特别是涉及到的每一方，我们会发现除了创新，还有更多的遗产。